Вкрапления и прослойки перлита, обволакивая зерна феррита, создают как бы жесткую и упругую «сетку» вокруг мягкого и. пластичного феррита. Такое строение стали объясняет ее работу под нагрузкой и ее пластические свойства.

Структура низколегированных и среднелегированных сталей похожа на структуру низкоуглеродистой стали. Прочностные свойства низколегированных сталей повышаются благодаря введению различных легирующих элементов, которые входят в твердый раствор с ферритом стали и этим его упрочняют. Некоторые легирующие добавки, кроме того, образуют различные карбиды и дополнительно упрочняют сетку прослоек между зернами феррита.

§ 5. РАБОТА СТАЛИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Работа стали характеризуется поведением ее при возрастающем действии нагрузки вплоть до разрушения. В зависимости от вида силового воздействия, характера напряженного состояния и других условий загружения работа стали под нагрузкой неодинакова Поведение стали под нагрузкой очень наглядно отображается диаграммами, на которых по оси ординат откладывается напряжение в образце, а по оси абсцисс - соответствующее этому напряжению удлинение образца.

/. РАБОТА СТАЛИ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Подвергнем образец стали растяжению силой Р, кН и замерим получившееся удлинение образца А/ (рис. II.2, а). Увеличивая силу и замечая соответствующие удлинения, можно построить диаграмму работы стали на растяжение. Для удобства сравнения диаграмма строится в относительных величинах: напряжение в образце и его относительное удлинение

Р А1

о = - и е = у ЮОо/о, (II.I)

где а - напряжение в образце, кН/см; F - первоначальная площадь сечения образца, см; е - относительное удлинение, %; I - первоначальная длина образца.

Диаграмма работы на растяжение низкоуглеродистой стали 3 приведена на рис. И.2, а.

Белен я Е. И., Гениев А, Н., Балдин В. А., Лесс и г Е. Н., Ведеников Г. С, Васильев А. А., Стрелецкий Д. Н. Металлические конструкции. Стройиздат, 1973.

2* 19

Связь между напряжением и удлинением на начальном этапе испытания следует закону Гука

о = £е, (П. 2)

где Е - коэффициент пропорциональности между напряжением и удлинением, носящий название модуля упругости и равный для стали 21 ООО кН/см.

с) 6=у,кН/см2

100 7о

Рис. II.2. Диаграмма работы низкоуглеродистой стали на растяжение

о - действительная: / - отнесенная к неизменной площади сечения образца; 2 - с учетом уменьшения площади; б - упрощенная (идеализированная)

Геометрически модуль упругости представляет собой тангенс угла наклона диаграммы к оси абсцисс. Линейная связь между напряжением и удлинением сохраняется до величины напряжений примерно 20кН/см2 и соответствует пределу пропорциональности Опц (см. рис. II.2, а). Несколько выше этой точки лежит предел упругости Оуп, соответствующий той деформации (примерно Б=0,2%), которая практически полностью исчезает после разгрузки образца. Предел упругости ограничивает область упругой работы материала. При дальнейшей нагрузке образца модуль упругости стали уменьшается (криволинейная часть диаграммы) и при напряжении около 24 кН/см становится равным нулю (начало горизонтального участка диаграммы). Это папря-

жение называется пределом текучести стт- В дальнейшем образец продолжаетудлиняться без приложения дополнительной нагрузки, т. е. как бы «течет».

Область работы материала между напряжениями Оуп и От является областью упругопластической работы. Горизонтальный участок диаграммы называется площадкой текучести и ограничивает область пластической работы. При относительном удлинении образца около 2,5% «течение» заканчивается и материал становится снова несущеспособным, он как бы самоупрочняется (область самоупрочнения).

При дальнейшем увеличении нагрузки удлинения продолжают нарастать, в образце образовывается шейка (местное сужение) и при относительном удлинении 20-25% происходит разрыв.

Наибольшее условное напряжение, достигнутое в образце (точка ав~40 кН/см для стали 3), называется временным сопротивлением (пределом прочности) стали. Напряжение называется условным потому, что прикладываемую к образцу силу делят на первоначальную площадь образца без учета его сужения, что проще при испытании и более наглядно характеризует свойства материала. Поэтому и всю диаграмму иногда называют условной. Истинные напряжения в образце (с учетом уменьшения его площади поперечного сечения в процессе испытания) показаны на рис. П.2, а пунктиром.

Из диаграммы видно, что упругая область работы стали (8уп~0,2%) составляет примерно /гоо часть упругопластической (8«20%) и здесь содержится большой резерв прочности. Значительная зона пластической работы позволяет при расчетах металлических конструкций заменять действительную диаграмму упрощенной диаграммой работы идеально упругопластического материала (см. рис. П.2, б).

Своеобразная картина работы стали определяется особенностями ее строения. Как уже отмечалось, почти весь объем стали заполнен зернами мягкого и пластичного феррита с прочными и упругими перлитовыми и цо-ментитовыми включениями между зернами и по их граням.

Если подвергнуть растяжению монокристалл феррита, то схематично его деформацию можно представить в виде скольжения относительно друг друга его частей (рис. II.3, а). Объясняется это тем, что сдвинуть одну часть кристалла относительно другой значительно легче, чем оторвать. Этому способствует то, что в реальных кристаллах есть различные дефекты кристаллической решетки, из-за которых сопротивление сдвигу одной части кристалла по отношению к другой уменьшается в тысячи раз. На рис. П.З, б показан монокристалл, не имеющий дефектов строения. При сдвиге его верхней части атомы, примыкающие к линии сдвига, будут одновременно все одинаково противодействовать этому сдвигу, так как до сдвига они находились в положении устойчивого равновесия, соответству.ющего минимуму энергии.

Другая картина получится при сдвиге части кристалла, имеющего какой-либо дефект строения решетки, рис. П.З, в. В этом случае атомы, примыкающие к линии сдвига, будут сопротивляться сдвигу по-разному, вплоть до отсутствия сопротивления и даже помощи сдвигу (те атомы, которые в искаженной кристаллической решетке отклонены в сторону, противоположную сдвигу).